Katalysegennembrud giver selvrensende vægmaling, der nedbryder luftforurenende stoffer, når de udsættes for sollys

Typisk forbliver smuk hvid vægmaling ikke smuk og hvid for evigt. Ofte ophobes stoffer fra luften på dens overflade. Dette kan være en ønsket effekt, fordi det gør luften renere i et stykke tid - men med tiden ændres farven og skal fornyes.

Et forskerhold fra TU Wien og Università Politecnica delle Marche (Italien) er nu lykkedes med at udvikle specielle titaniumoxid-nanopartikler, der kan tilsættes almindelig, kommercielt tilgængelig vægmaling for at etablere selvrensende kraft:Nanopartiklerne er fotokatalytisk aktive, de kan brug ikke kun sollys til at binde stoffer fra luften, men også til at nedbryde dem bagefter.

Væggen gør luften renere - og renser sig selv på samme tid. Affald blev brugt som råmateriale til den nye vægmaling:metalskrot, som ellers skulle kasseres, og tørrede nedfaldne blade. Studiet er publiceret i ACS Catalysis .

Modificeret titaniumoxid i vægmalingen

En lang række forurenende stoffer forekommer i indeluften - fra rester af rengøringsmidler og hygiejneprodukter til molekyler, der produceres under madlavning, eller som udsendes af materialer som læder. I nogle tilfælde kan dette føre til helbredsproblemer, som derefter omtales som "syg bygningssyndrom."

"I årevis har folk forsøgt at bruge tilpassede vægmaling til at rense luften," siger prof. Günther Rupprechter fra Institut for Materialekemi ved TU Wien. "Titaniumoxidnanopartikler er særligt interessante i denne sammenhæng. De kan binde og nedbryde en lang række forurenende stoffer."

Men blot at tilføje almindelige titaniumoxid-nanopartikler til malingen vil påvirke malingens holdbarhed:Ligesom forurenende stoffer nedbrydes af nanopartiklerne, kan de også gøre selve malingen ustabil og skabe revner. I værste fald kan der endda frigives flygtige organiske forbindelser, som igen kan være sundhedsskadelige. Efter en vis tid bliver malingslaget gråt og tonet, til sidst skal det fornyes.

Selvrensende ved lys

Nanopartiklerne kan dog rense sig selv, hvis de bliver bestrålet med UV-lys. Titaniumoxid er en såkaldt fotokatalysator - et materiale, der muliggør kemiske reaktioner, når det udsættes for passende lys. UV-strålingen skaber frie ladningsbærere i partiklerne, som inducerer nedbrydning af de indesluttede forurenende stoffer fra luften til små dele og deres frigivelse. På denne måde uskadeliggøres forureningerne, men forbliver ikke permanent knyttet til vægmalingen. Vægfarven forbliver stabil på lang sigt.

I praksis er dette dog til ringe nytte - det ville trods alt være trættende at gentagne gange bestråle væggen med intenst UV-lys for at drive selvrensende processen. "Vores mål var derfor at modificere disse partikler på en sådan måde, at den fotokatalytiske effekt også kan induceres af almindeligt sollys," forklarer Rupprechter.

Dette opnås ved at tilføje visse yderligere atomer til titaniumoxidnanopartiklerne, såsom fosfor, nitrogen og kulstof. Som følge heraf ændres lysfrekvenserne, der kan høstes af partiklerne, og i stedet for kun UV-lys udløses fotokatalyse så også af almindeligt synligt lys.

96 % fjernelse af forurenende stoffer

"Vi har nu undersøgt dette fænomen meget detaljeret ved hjælp af en række forskellige overflade- og nanopartikelanalysemetoder," siger Qaisar Maqbool, den første forfatter til undersøgelsen. "På denne måde var vi i stand til at vise præcis, hvordan disse partikler opfører sig, før og efter de blev tilsat vægmalingen."

Forskerholdet blandede de modificerede titaniumoxid-nanopartikler med almindelig, kommercielt tilgængelig vægmaling og skyllede en malet overflade med en opløsning indeholdende forurenende stoffer. Efterfølgende kunne 96 % af de forurenende stoffer blive nedbrudt af naturligt sollys. Farven i sig selv ændrer sig ikke - fordi forurenende stoffer ikke kun bindes, men også nedbrydes ved hjælp af sollys.

Affald som råmateriale

For den kommercielle succes for sådanne malinger er det også vigtigt at undgå dyre råvarer. "I katalyse bruges f.eks. ædelmetaller som platin eller guld. I vores tilfælde er det dog tilstrækkeligt med elementer, der er let tilgængelige overalt:For at opnå fosfor, nitrogen og kulstof har vi brugt tørrede nedfaldne blade fra oliventræer , og titaniumet til titanoxid-nanopartiklerne blev hentet fra metalaffald, som normalt bare smides ud," siger Rupprechter.

Denne nye type vægmaling kombinerer flere fordele på samme tid:den fjerner forurenende stoffer fra luften, den holder længere end andre malinger – og den er endnu mere ressourcebesparende i produktionen, da den kan fås fra genbrugsmaterialer. Yderligere forsøg udføres, og kommercialisering af vægmalingen er påtænkt.

Flere oplysninger: Qaisar Maqbool et al., Meget stabil selvrensende maling baseret på affaldsvaloriseret PNC-dopet TiO₂ Nanopartikler, ACS-katalyse (2024). DOI:10.1021/acscatal.3c06203

Journaloplysninger: ACS-katalyse

Leveret af Vienna University of Technology